在人工智能大型模型和邊緣智能領(lǐng)域的算力需求激增的推動下,，市場對于高性能存儲解決方案的需求也在不斷增加,。據(jù)此預(yù)測,，2024年全球存儲器市場的銷售額有望增長61.3%，達到1500億美元,。為了降低云和邊緣的功耗,，兼具高性能和非易失性的新型存儲器正迎來市場快速增長的發(fā)展大時代，如鐵電存儲器FeRAM和ReRAM,，以及磁性存儲器MRAM,、阻變式存儲器ReRAM等。

2020-2024年全球存儲器市場規(guī)模及增速

富士通半導體（即將更名為RAMXEED）作為FeRAM產(chǎn)品全球兩個主要供應(yīng)商之一,，只專注于高性能存儲器FeRAM和ReRAM的研發(fā),，以及以FeRAM、ReRAM為基礎(chǔ)的定制產(chǎn)品的開發(fā),?！拔覀兊漠a(chǎn)品適用于從個體到企業(yè)，從私人到公共的多種應(yīng)用,，可廣泛應(yīng)用于汽車電子,、工業(yè)控制、表計,、助聽器等重要基礎(chǔ)行業(yè),。”

近日,，富士通半導體科技（上海）有限責任公司總經(jīng)理馮逸新在由E維智庫舉辦的第12屆中國硬科技產(chǎn)業(yè)鏈創(chuàng)新趨勢峰會暨百家媒體論壇上分享道,，“富士通集團公司開展FeRAM的業(yè)務(wù)超過20年之久。我們的FeRAM產(chǎn)品深受全球用戶的好評,，目前已累計出貨44億片之多,。”

RAMXEED(原富士通半導體)總經(jīng)理 馮逸新

解碼 FeRAM和ReRAM,，探索存儲技術(shù)極限性能可能

FeRAM和 ReRAM代表了非易失性存儲技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的兩項重要創(chuàng)新,，旨在提供比傳統(tǒng)存儲解決方案（如 SRAM、DRAM 和 Flash）更高的性能和更小的尺寸,。隨著便攜式系統(tǒng)市場在過去十多年間的迅速擴張,，半導體產(chǎn)業(yè)對于大容量非易失性存儲器（NVM）技術(shù)的興趣日益濃厚。市場對更高效率,、更快的內(nèi)存訪問速度及更低功耗的需求,，不斷推動著NVM技術(shù)的進步。據(jù)預(yù)測,，全球非易失性存儲器市場規(guī)模在2024年達到約945.2億美元的基礎(chǔ)上，到2029年將擴大至1647.9億美元,，其間將以11.76%的復(fù)合年增長率持續(xù)增長,。

FeRAM依賴鐵電材料的獨特性質(zhì)進行數(shù)據(jù)存儲,。該類存儲器以其超快的讀寫速度、出色的寫入耐久性以及較低的功耗特性而著稱,。FeRAM的讀寫速度是納秒級,，這遠超過NOR flash、EEPROM,；讀寫次數(shù)達到1014,、1013之多，在某種意義上相當于無限次,，而EEPROM,、NOR Flash一般都有次數(shù)的限制?；谶@兩個特點,，在實時寫入、掉電保護等,、需要讀寫次數(shù)比較高的快速非易失性存儲的應(yīng)用場景中（如智能卡,、計量設(shè)備以及汽車中的事件數(shù)據(jù)記錄儀），F(xiàn)eRAM有著不可替代的絕對優(yōu)勢,。同時,，F(xiàn)eRAM也可以替換EEPROM、SARM以及MRAM,。

相比之下,，ReRAM則利用材料電阻狀態(tài)的變化來保存信息，通過電流調(diào)整特定材料（例如氧化鉿）的電阻特性,。在功能上,，ReRAM類似于EEPROM規(guī)格，但內(nèi)存容量更大,、讀出功耗更低,、尺寸更小，非常適合于助聽器等小型的電池驅(qū)動的可穿戴器件應(yīng)用,。近年來,，ReRAM在全球范圍內(nèi)受到了極大的關(guān)注，雖然ReRAM技術(shù)已經(jīng)出現(xiàn)在一些芯片制造商的路線圖中,，并且已有公司已經(jīng)開始布局ReRAM相關(guān)的產(chǎn)品和服務(wù),，但是要實現(xiàn)大規(guī)模商用還需要克服一定的技術(shù)和市場挑戰(zhàn)?！皹I(yè)內(nèi)人士認為NOR Flash在下一代的時候工藝會進入瓶頸,，未來可以替代NOR Flash的是ReRAM，但是ReRAM目前量產(chǎn)最大的容量是12Mb,。若要替代NOR Flash,，ReRAM的容量需要達到16Mbit到1Gb,。”馮逸新表示,。

富士通FeRAM/ReRAM的應(yīng)用定位

賦能多個熱門產(chǎn)業(yè)應(yīng)用,，智能存儲獲得廣泛落地

在數(shù)字化轉(zhuǎn)型的洶涌浪潮之下，存儲技術(shù)的創(chuàng)新無疑成為了推動各個行業(yè)闊步前行的核心力量,。FeRAM和 ReRAM作為嶄露頭角的非易失性存儲新方案,，以其別具一格的優(yōu)勢，在極為廣泛的應(yīng)用場景里彰顯出了龐大的潛力,。不管是在關(guān)乎國計民生的智能電網(wǎng),、智能交通系統(tǒng)之中，還是在工業(yè)自動化,、醫(yī)療健康,、娛樂科技以及云計算基礎(chǔ)設(shè)施等領(lǐng)域之內(nèi)，亦或是在日常生活里隨處可見的智能標簽和可穿戴設(shè)備之上,，F(xiàn)eRAM 與 ReRAM 都發(fā)揮著至關(guān)重要的作用,。

富士通FeRAM和ReRAM產(chǎn)品的應(yīng)用

一、從電力計量到光儲充,，F(xiàn)eRAM為電力應(yīng)用存數(shù)據(jù)

“智能電網(wǎng)包括充電樁,、光伏變流器，都是這幾年對新一代存儲需求比較多的行業(yè),。我們在大陸深耕二十多年,，F(xiàn)eRAM銷量的重要來源之一就是智能電網(wǎng)。以電表為例,，富士通是從智能電表發(fā)展的時候就介入市場的,。”馮逸新說道,。此外,，電表之外的繼電保護器也對存儲有一定的需求，主要用于記錄其未能正常工作的情況及事件發(fā)生的順序,，這一應(yīng)用要求存儲器能夠進行高速實時寫入,，而FeRAM無疑是一個最佳選擇。

“自2020年以來,，光伏,、逆變器和儲能系統(tǒng)對FeRAM的需求顯著增長。在光伏發(fā)電系統(tǒng)中,，直流電（DC）需轉(zhuǎn)換為交流電（AC）,，這一過程中逆變器扮演著重要角色，它需要每秒或每個毫秒記錄故障信息及電流電壓狀態(tài)。同樣,，在將電力轉(zhuǎn)換為交流電后,，儲能系統(tǒng)中的電池管理系統(tǒng)（BMS）也需記錄相關(guān)數(shù)據(jù)，其工作原理與新能源汽車中的BMS相同,。FeRAM憑借其高速讀寫能力和卓越的可靠

性，在這些應(yīng)用中展現(xiàn)出了顯著的優(yōu)勢,?！瘪T逸新補充道。

FeRAM在智能電網(wǎng)領(lǐng)域的應(yīng)用

二,、獲磁式旋轉(zhuǎn)編碼器存儲青睞,，無源（無電池）設(shè)計成趨勢

FeRAM的另一大應(yīng)用就是工廠自動化（FA），據(jù)馮逸新介紹,，施奈德,、西門子、中國臺灣的臺達,、大陸知名的數(shù)控機床供應(yīng)商,，以及中國排名前五的FA供應(yīng)商等都是富士通的客戶，這些廠商的工廠自動化部門采用的都是非常高端的存儲方案,，除了FeRAM還有MRAM,、NVSRAM等存儲器，近年來,，尤其是在旋轉(zhuǎn)編碼器領(lǐng)域的應(yīng)用日益增多,。“編碼器分為光學和磁式兩種類型,，在工廠自動化控制和新能源汽車領(lǐng)域里,，目前磁式旋轉(zhuǎn)編碼器發(fā)展是一個潮流。然而,，由于磁式編碼器內(nèi)部使用了電池,，而在歐洲等地電池受到了嚴格的管控。因此,，為了實現(xiàn)無電池的編碼器設(shè)計,，就需要可高速寫入、讀寫耐久性,、超低功耗和內(nèi)置二進制計數(shù)器的FeRAM來扮演關(guān)鍵角色,。”馮逸新說,。

通常情況下,，在伺服驅(qū)動電機斷電后，可能會因外界不可預(yù)測的因素發(fā)生碰撞，導致電機重新啟動時的位置與斷電前的位置產(chǎn)生偏移,。這種情況下,，如何在重啟時找回準確的位置成為一個嚴峻的問題。為了解決這一難題,，通常會使用IC-Haus的主控芯片,，配合波斯特的韋根線圈，并結(jié)合帶有二進制計數(shù)功能的FeRAM,?！爱斖獠坎豢煽沽е码姍C轉(zhuǎn)動時，韋根線圈可以產(chǎn)生微弱的電能,，而低功耗FeRAM能夠在微弱電流的情況下工作,，利用內(nèi)置的二進制計數(shù)器記錄電機的旋轉(zhuǎn)次數(shù)。這樣一來,，當電機重新上電時,，便能夠準確地找回之前的位置?！瘪T逸新指出,。

在歐洲和德國，編碼器技術(shù)發(fā)展迅速,，德國的iC-House,、SEW、Fraba等,，日本的尼康,、三菱電機、多摩川精機等都是旋轉(zhuǎn)編碼器的著名供應(yīng)商,，他們也都在都在積極的研發(fā)相關(guān)產(chǎn)品,。“傳統(tǒng)的磁式編碼器通常配備有電池,，但在歐洲,，帶有電池的產(chǎn)品無法通過航空運輸，只能選擇海運,，并且電池的管理極為嚴格,。鑒于此，業(yè)界正在尋求去除電池的方法,，因為電池在其使用壽命期間需要更換,，這不僅增加了維護成本，對于位于偏遠地區(qū)的公司而言,，更換電池還意味著高昂的人工費用,。因此，未來旋轉(zhuǎn)編碼器需要實現(xiàn)無源（無電池），帶有二進制計數(shù)器FeRAM是目前無二的選擇,?！瘪T逸新介紹說，最近幾年,，中國臺灣的臺達以及中國大陸做編碼器的第一,、二供應(yīng)商，都已經(jīng)把富士通的帶有二進制計數(shù)器的FeRAM產(chǎn)品做進了自己的產(chǎn)品內(nèi),，并計劃于明年開始量產(chǎn),。總的來說,，這種無電池的設(shè)計符合未來的發(fā)展需求。

FeRAM在編碼器領(lǐng)域的應(yīng)用

三,、從BMS,、TBOX到行車記錄儀，全面賦能汽車關(guān)鍵數(shù)據(jù)存儲

汽車電子因其獨特的工作環(huán)境和嚴格的需求,，需要專門設(shè)計的存儲解決方案來確保其可靠性和性能,。傳統(tǒng)存儲解決方案往往因成本問題而面臨挑戰(zhàn)，尤其是在EEPROM和NOR Flash的使用上,。相比之下,，由于新能源汽車領(lǐng)域的較高附加值，以及對創(chuàng)新存儲技術(shù)的采納更為積極,，因此,，富士通進行了大量的市場開拓，致力于提供符合汽車電子需求的先進存儲解決方案,。以BMS為例,，每一顆電池芯片都需要記錄各種數(shù)據(jù)，并保持一致性,，記錄的數(shù)據(jù)包括電池的SOC,、狀態(tài)的SOH，以及電池壽命和充放電周期的信息,。對于此類應(yīng)用,，所需的存儲器必須支持高速及頻繁的寫入操作。兩年前,，歐洲宣布將實施“電池護照”制度,，規(guī)定從2027年起，所有進入歐洲市場的電池必須持有符合要求的“電池護照”,。馮逸新認為,，在新能源領(lǐng)域，尤其是中國市場，電池的回收與二次利用變得日益重要,，未來若要與國際標準接軌,，實現(xiàn)電池護照的通行，就必須依賴高性能的存儲技術(shù)作為支撐,，F(xiàn)eRAM是唯一能推動電池護照系統(tǒng)的存儲解決方案,。

FeRAM在汽車電子領(lǐng)域的應(yīng)用

“由于市場需求旺盛，汽車級產(chǎn)品在過去兩年經(jīng)歷了諸多升級,。從前的新能源電池包,、電池管理系統(tǒng)（BMS）、車載通信終端（TBOX）,、行車記錄儀,，乃至先進的胎壓監(jiān)測系統(tǒng)，通常都需要使用符合AEC-Q100標準的SPI接口,。近年來,，市場上還出現(xiàn)了對I2C接口的汽車級產(chǎn)品的需求，為此,，我們專門進行了產(chǎn)品線的補充和完善,。目前，我們不僅能提供高達1Mbit的大容量存儲,，同時還實現(xiàn)了小型化封裝,。”馮逸新補充到,。

四,、從醫(yī)療應(yīng)用到船舶、工程,，ReRAM實現(xiàn)全方位布局

醫(yī)療領(lǐng)域值得一提是助聽器,。助聽器里有一個lookup table用于根據(jù)個人聽力和語言能力存儲定制數(shù)據(jù)，佩戴助聽器后,，設(shè)備會讀取這些數(shù)據(jù),，以幫助用戶恢復(fù)正常的聽力水平?！澳壳?，全球能夠?qū)崿F(xiàn)ReRAM量產(chǎn)的廠商寥寥無幾。富士通在這一領(lǐng)域已積累了十多年的豐富經(jīng)驗,，并已成為歐洲最大助聽器公司的供應(yīng)商,。”馮逸新說,，“現(xiàn)在,，我們還在正積極開拓可穿戴設(shè)備市場,，并致力于更深入的發(fā)展?！?/p>

ReRAM在助聽器領(lǐng)域的應(yīng)用

除此之外,，富士通的FeRAM和ReRAM的應(yīng)用范圍還延伸到了多個領(lǐng)域，包括船舶,、工程及農(nóng)業(yè)機械的智能化升級,，游戲娛樂器械的體驗革新，以及云端計算的數(shù)據(jù)中心優(yōu)化,。在樓宇自動化與通信基礎(chǔ)設(shè)施中,，這些技術(shù)同樣扮演著重要角色，提升了系統(tǒng)的效率與可靠性,。此外,，標簽和智能卡的安全性增強，以及可穿戴設(shè)備的功能拓展,，也都得益于FeRAM和ReRAM的貢獻,。馮逸新對這些多樣化的應(yīng)用的分享，也展示了這兩種存儲技術(shù)在推動現(xiàn)代科技進步方面的廣泛影響力,。

高速、大容量：下一代FeRAM的產(chǎn)品迭代路徑明確

FeRAM在市場上應(yīng)用規(guī)模相對較小,，主要原因在于兩大瓶頸：一是其容量有限,，當前最大容量僅為8Mbit；二是較高的成本,，限制了其更廣泛的應(yīng)用,。“關(guān)于未來如何實現(xiàn)大容量的發(fā)展,，通常的做法是在現(xiàn)有的8Mbit基礎(chǔ)上,，通過堆疊技術(shù)疊加多個單元來擴展容量，例如疊加兩個單元可以達到16Mbit,，疊加四個單元則可達到32Mbit,。”馮逸新分享道,，“在速度方面,，MRAM和SRAM的速度通常為35納秒（ns），而富士通目前最快的FeRAM為120ns,。展望未來,，我們計劃在下一代技術(shù)中實現(xiàn)速度的提升，目標是將產(chǎn)品的響應(yīng)時間縮短至35ns,?！?/p>

在演講的最后,，馮逸新分享了富士通未來的計劃，主要包括兩個方面：首先,，針對SRAM+battery組合,，鑒于市場對電池管理提出了環(huán)保低碳的要求，存儲的發(fā)展方向?qū)⑹窍龑﹄姵氐囊蕾?。其次,，對于SRAM+EEPROM（或NVSRAM）組合，該配置與FeRAM相似,，用現(xiàn)有量產(chǎn)FeRAM產(chǎn)品也可以替換,，但是新一代高速FeRAM可以滿足與SRAM一樣的高速寫入需求的應(yīng)用。馮逸新表示,，未來的研究與開發(fā)工作將緊密貼合市場需求,，致力于進一步提升FeRAM 的速度性能。同時,，還將推進Quad（四線）SPI產(chǎn)品的研發(fā),，以滿足如游戲機和高端工廠自動化等對數(shù)據(jù)傳輸速率有著更高要求的應(yīng)用領(lǐng)域的特殊需求。通過這些技術(shù)創(chuàng)新,，富士通旨在為客戶提供更快的響應(yīng)時間和更高的數(shù)據(jù)處理能力,，從而推動相關(guān)行業(yè)的發(fā)展和技術(shù)進步。

富士通的高速并口接口FeRAM